دی.ان.ای کدهای ژنتیکی ما را در یک مارپیچ دوگانه زیبا ذخیره میکند اما بعضی استدلال میکنند که به این زیبایی بیش از حد اهمیت داده شده است. استیو برنر، شیمیدان آلی در بنیاد فرگشت مولکولی کاربردی میگوید که دی.ان.ای بعنوان یک مولکول اشکالات زیادی دارد.
حروف جدید اضافه شده به الفبای ژنتیک
دی.ان.ای کدهای ژنتیکی ما را در یک مارپیچ دوگانه زیبا ذخیره میکند اما بعضی استدلال میکنند که به این زیبایی بیش از حد اهمیت داده شده است. استیو برنر، شیمیدان آلی در بنیاد فرگشت مولکولی کاربردی میگوید که دی.ان.ای بعنوان یک مولکول اشکالات زیادی دارد.
برنر حدود 30 سال قبل نسخه بهتری از دی.ان.ای و نیز آر.ان.ای را ترسیم کرد که خزانه شیمیایی این مولکولها را با اضافه کردن حروف جدید گسترش میداد. او در تعجب است که چرا این بهینه سازی در طبیعت رخ نداده است. طبیعت تمام ادبیات زندگی را فقط با چهار حرف شیمیایی نگاشته است. آیا دلیلی داشته که کد ژنتیکی ما فقط از چهار نوکلئوتید تشکیل شده است؟ یا اینکه این سیستم فقط از روی تصادف و از میان احتمالات متعدد انتخاب شده است. شاید گسترش کدها آنرا بهبود ببخشد.
تلاشهای اولیه برنر برای همگذاری حروف شیمیایی جدید شکست خورد اما با هر شکست، تیم وی درس جدیدی آموخت. برنر میگوید: ما باید تمام بیولوژی مولکولی را که طبیعت در طی چند میلیارد سال ساخته بود از اول میساختیم.
اکنون و پس از گذشت چند دهه، تیم برنر موفق شده یک دی.ان.ای بهینه یافته را بصورت مصنوعی برهم گذاری کند که عملکرد آن از دی.ان.ای طبیعی اگر بهتر نباشد کمتر هم نیست.
در دو مقاله ای که در ژورنال جامعه شیمی آمریکا در سال 2015 منتشر شد، این محققان نشان دادند که دو نوکلئوتید مصنوعی که p و z خوانده میشوند بدون هیچ اشکالی در ساختار مارپیچ دی.ان.ای قرار میگیرند بگونه ای که شکل طبیعی دی.ان.ای حفظ میشود و علاوه بر آن، دی.ان.ای حاوی این حروف اضافه همانند دی.ان.ای طبیعی میتواند فرگشت یابد.
توکلئوتیدهای اضافه شده حتی در بعضی موارد از همتایان طبیعی خود بهتر عمل کردند. در مواجهه با این چالش که قسمتی از آن تغییر یابد تا با سلولهای سرطانی پیوند تشکیل دهد، دی.ان.ای حاوی p و z بهتر از دی.ان.ای معمولی عمل کرد.
هدف غایی برنر برای مولکولهای مصنوعیش این است که یک سیستم ژنتیکی ثانوی درست کند که در آن به پروتئین نیازی نیست. حیات روی زمین به هر سه مولفه دی.ان.ای، آر.ان.ای و پروتئین نیاز دارد. شاید تلاشهای برنر نشان دهد که حیات در جایی دیگر میتواند فقط با دو مولفه اول تشکیل شود.
در یک سیستم چهار حرفی، تنها 20 اسید آمینه قابل کد گذاری است که آنها سپس با یکدیگر به اشکال مختلف رشته میشوند تا میلیونها پروتئین مختلف را بسازند. اما یک مجموعه شش حرفی میتواند تا 216 اسید آمینه را کد گذاری کند.
اما چرا طبیعت فقط از سیستم چهار حرفی استفاده کرده است. یک فرضیه این است که با حروف بیشتر، امکان وقوع خطا افزایش میابد. در دی.ان.ای طبیعی، g با c جفت میشود و a با t جفت میشود. با افزایش حروف، احتمال خطا در جفت شدن دو حرف افزایش میابد.
از طرف دیگر در سیستم طبیعی، انتقال اطلاعات از دی.ان.ای به پروتئین به کندی صورت میگیرد زیرا اطلاعات باید از طریق مولکول واسطه آر.ان.ای منتقل شود. اگر دی.ان.ای دچار جهشی شود که پروتئین بهتری را بتواند تولید کند، گسترش آن پروتئین کند خواهد بود و احتمال دارد ارگانیزم قبل از آنکه از مزایای پروتئین جدید بهره مند گردد بمیرد.
اما مزیت یک سیستم شش حرفی از مضرات آن بیشتر است. در چنین سیستمی، مولکول آر.ان.ای میتواند برخی از وظایف پروتئین ها را انجام دهد. برنر پیشبینی میکند که سیستمی فقط از دی.ان.ای و آر.ان.ای تشکیل شده میتواند سریعتر فرگشت یابد. شاید روزی نشانه حیات در یک سیاره دوردست را بیابیم که بر مبنای یک سیستم دو پلیمری تکامل یافته است.
